Festo的仿生技術(shù)將助力工業(yè)自動(dòng)化控制的升級(jí)

（文章來源：費(fèi)斯托）

在Festo，自然和技術(shù)是一個(gè)不可分割的整體。自20世紀(jì)90年代初以來，F(xiàn)esto在仿生學(xué)領(lǐng)域投入了大量精力，回顧Festo 25年的企業(yè)仿生學(xué)歷史，是一個(gè)研究自然的時(shí)代，一個(gè)豐富經(jīng)驗(yàn)的時(shí)代，一個(gè)自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)代。Festo 與多所著名高校、研究所和研發(fā)公司聯(lián)手，致力于將自然基本原理應(yīng)用到自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域。

仿生水母是一個(gè)高度集成的輕量化模型，由一個(gè)透明的半球、一個(gè)中央防水機(jī)身以及八條用于推進(jìn)的觸手組成。仿生水母的透明半球內(nèi)安裝了環(huán)形控制板，集成了光電、壓力和無線電傳感器。通過處理器監(jiān)控推進(jìn)方向。防水機(jī)身位于仿生水母的中心，里面安裝了中央電驅(qū)動(dòng)單元、兩塊鋰電池和旋轉(zhuǎn)盤的伺服電機(jī)。電驅(qū)動(dòng)單元可以驅(qū)動(dòng)防水機(jī)身頂部和底部安裝的兩個(gè)傳動(dòng)盤，并由傳動(dòng)盤上的菱形關(guān)節(jié)帶動(dòng)水母的八只觸手運(yùn)動(dòng)。

仿生水母有智能化的自適應(yīng)機(jī)構(gòu)，集成了通信和傳感器技術(shù)以及實(shí)時(shí)診斷功能，實(shí)現(xiàn)多個(gè)水母在有限空間內(nèi)的協(xié)調(diào)集體行為。每個(gè)水母自主確定推進(jìn)系統(tǒng)方向的下一步取決于電池電量的狀態(tài)以及與其他水母的距離。通過一個(gè)應(yīng)用程序便可顯示并跟蹤每個(gè)水母的當(dāng)前狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)診斷。

自然界中沒有浪費(fèi)，所有能量使用都最大化。智能飛鳥的外形和輕量化碳纖維結(jié)構(gòu)經(jīng)過優(yōu)化，是運(yùn)動(dòng)節(jié)能和節(jié)省材料使用的典范。僅通過怕打翅膀就能前進(jìn)和爬升，功耗僅為25瓦。它是一種高性能、超輕型飛行模型，總重量約為450克，翼展2米。

鳥類飛行的奧秘在于鳥翼的主動(dòng)扭轉(zhuǎn)。主動(dòng)扭轉(zhuǎn)將空氣動(dòng)力效率從 30％（被動(dòng)扭轉(zhuǎn)）提高到了 80％。智能飛鳥與眾不同的特性就在于它的翅膀可主動(dòng)扭轉(zhuǎn)，無需使用額外爬升裝置，僅憑撲翼便可進(jìn)行自主起飛、飛行、滑翔和降落， 具有優(yōu)秀的空氣動(dòng)力學(xué)性能和最大的飛行靈活性。

由于關(guān)節(jié)式主動(dòng)扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)需要拍打動(dòng)作和扭轉(zhuǎn)動(dòng)作精確協(xié)調(diào)，因此受到不間斷全方位監(jiān)控。智能飛鳥的軀干中安裝了電池、馬達(dá)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、曲軸機(jī)構(gòu)以及控制和調(diào)節(jié)性電子元件。通過雙向無線電通信傳送（即 ZigBee 協(xié)議）電池電量、功耗和操作員的輸入數(shù)據(jù)等工作參數(shù)，以便監(jiān)控翅膀的位置和扭轉(zhuǎn)。在飛行過程中，不僅可以持續(xù)記錄智能飛鳥的翅膀位置和扭轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，還可以實(shí)時(shí)調(diào)整并優(yōu)化扭轉(zhuǎn)控制參數(shù)，從而確保飛行的穩(wěn)定性，保證飛行的安全。

抓取這項(xiàng)技能一直在仿生學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)中扮演著重要角色。大自然常常為工業(yè)應(yīng)用提供令人驚嘆的創(chuàng)意與全新的解決方案。在Festo跨學(xué)科研究網(wǎng)絡(luò)中已開發(fā)出多種仿生抓取應(yīng)用，其中兩項(xiàng)已經(jīng)進(jìn)一步發(fā)展為批量產(chǎn)品。

自適應(yīng)抓手手指DHAS的設(shè)計(jì)基于魚尾鰭令人驚嘆的行為特性。如果按壓鰭片的側(cè)面，尾鰭會(huì)朝壓力點(diǎn)彎曲，而不是遠(yuǎn)離壓力點(diǎn)。開發(fā)人員通過兩個(gè)利用中間橋板相互連接的柔性聚氨酯膠帶，在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了魚鰭效應(yīng)FinRay Effect?。無論是平行還是居中排列：抓手手指堅(jiān)固且柔性，可在抓取時(shí)輕松適應(yīng)工件的外形，進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。這樣可以輕柔且牢固地抓住具有不規(guī)則表面的易損物體。DHAS已經(jīng)在食品工業(yè)中得到了應(yīng)用，如水果及蔬菜分類。

另一個(gè)自適應(yīng)抓手DHEF，它的工作原理和變色龍舌頭一樣。為了捕獲獵物，變色龍可以讓它的舌頭像橡皮筋一樣突然彈出。在它的舌頭觸到昆蟲之前，舌頭中央向后拉伸，而邊緣繼續(xù)向前移動(dòng)。由此，變色龍的舌頭可匹配各個(gè)獵物的外形和大小，并且可以牢固包裹。DHEF抓手的重要組成部分是一個(gè)仿照變色龍的舌頭設(shè)計(jì)的、略微過壓填充的硅膠帽蓋，可根據(jù)物體外型靈活地進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，由此包裹并抓取物體。通過使用比例閥進(jìn)行相應(yīng)控制，可實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)物體的抓取，例如盒子中的螺絲。

Festo于2006年建立了仿生學(xué)學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)，與知名大學(xué)、研究部門和小型創(chuàng)新公司合作。借助仿生學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)，F(xiàn)esto利用“仿生”方法解決自動(dòng)化行業(yè)的問題。仿生學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)與Festo教學(xué)培訓(xùn)部（Festo Didactic）的創(chuàng)新流程緊密相連，體現(xiàn)了我們對(duì)技術(shù)教育和培訓(xùn)的承諾。

除了精彩的仿生表演和互動(dòng)，作為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)，F(xiàn)esto也將帶來最新的工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用展示，包括氣動(dòng)領(lǐng)域的革新產(chǎn)品，世界上首個(gè)由APP控制的閥，F(xiàn)esto數(shù)字控制終端VTEM；Festo能源效率解決方案；以及全新的數(shù)字化產(chǎn)品及行業(yè)解決方案。